Mi az a szivárvány?
Szivárványról abban az esetben beszélünk, mikor a nap sugarai, vízcseppekkel találkozva, azokba bekerülve megtörnek, és színeire bomlanak (ez a színkép, vagy spektrum).
A szivárvány egy fényjelenség, mely boltív formájában jelenik meg az égbolton, noha eredetileg kör alakú, de ezt a talajról nézve nem látható. Elsősorban esőzések után, vízesések mellett jelenik meg, illetve ahol adottak a természeti feltételek.
A szivárvány színei sorrendben a külső ívtől befelé:
- vörös;
- narancs;
- sárga;
- zöld;
- kék;
- (indigó, a 7. szín);
- ibolya.
Tudományos előzmények
Már Kr.e foglalkoztatta a tudósokat a szivárvány kialakulásának létrejötte. Meghökkentő, de nemrég csak a 20. század elején sikerült pontot tenni erre az optikai kérdésre, mely végül meghatározója lett a fény terjedésének tudományos előrelépéséhez.
Arisztotelész úgy feltételezte, hogy a szivárvány úgy keletkezik, hogy a napsugár a felhőkből visszaverődve jön létre. Valljuk be nem volt messze a megoldástól. Az akkori tudományos álláspontokhoz képest új megközelítésben vázolta fel ezt a jelenséget, hisz abban az időben azt tartották, hogy a szivárvány egy térben elhelyezkedő objektum, megfogható, megtapintható.
Nézeteit jóval később, az 1200-as évek végén cáfolták meg, melyet Theodorik, és végül Descartes bizonyított be, miszerint a sugarak különböző vízcseppekből érkeznek. Az 1800-as években erre épülő elmélet született.
Maxwell megírja az erővonalak fizikáját, amiben először említi azokat az egyenleteket, melyeket később felhasználnak és tovább fejlesztenek. Ludvig Lorenz majd Gustav Mie, és Deby, megoldásokat mutatnak be a fény szórás fizikájára, melyeket Mie-elméletnek neveznek mai napig.
Szivárvány fajtái
Észlelhetünk időnként kettős, vagyis másodlagos szivárványokat is. Ilyenkor a fény kétszeresen tükröződik vissza a vízcseppben. Ebben az esetben fordított színű szivárvány jön létre, az ibolya színű látható legfelül, a vörös pedig alul.
Nagyon ritkán előfordulnak hármas, vagy akár négyes szivárványok is.
Nemcsak a természetben, de laboratóriumban, vagy akár a szobánkban is kísérletezhetünk szivárvány létrehozásával. Ehhez szükséges egy fényforrás (fehér színű összetett fényt kibocsátó készülék) egy levegőtől különböző közeg, amiben a fehér fény meg tud törni, például egy prizma, vagy más üvegtárgy, és egy egyenletes háttér, ami elé, ha a prizmát tesszük, amin láthatóvá válik a szivárvány összes színe.
Fénytörés fénytani háttere
Fénytörésnek nevezzük, amikor egy átlátszó anyagba lépve a fény az új közeg határán irányt változtathat. (Ilyen például, mikor a fény egy vízcsepp határára ér)
Ha a fénysugár két különböző környezet határára ér, a fénysugár egy része visszaverődik, a másik része belép az új közegbe, és közben megtörik (kivételt képez, ha a fénysugár teljesen merőlegesen éri el a határfelületet, ebben az esetben a fény nem törik meg).
A szivárvány kialakulásánál ez a vízcseppben áthaladva történik. A fény a vízcsepp határára érve visszaverődik, másik része belép a vízcseppbe, ahol kétszer is megtörik, egyszer belépve, egyszer pedig mikor kilép a vízcseppből.
A beesési fénysugár, a beesési merőleges, és a megtört fénysugár egy síkban helyezkednek el. A beesési fénysugár és a beesési merőleges közti szöget beesési szögnek nevezzük. A beesési merőleges és a megtört fény közti szöget pedig törési szögnek.
Ha optikailag sűrűbb közegbe ér a fény, akkor a beesési merőleges felé fog megtörni, nem egyenesen megy tovább. Vagyis a beesési szög nagyobb lesz, mint a törési szög.
A fény sebessége
A fény terjedésének a sebessége függ a közeg optikai sűrűségétől. A Vízben a fény terjedése 225.000 km/s sebességgel mozog.
A fény mivel hullámként terjed, ezért van hullámhossza, és frekvenciája is. A Fény színét is ezek határozza meg, mint a törését is. A különböző színű, vagyis eltérő hullámhosszú sugarak különböző mértékben törnek meg. Ezeket nanométerben határozzuk meg. A látható fény hullámhossza 380-780 nm között terjed. A legrövidebb hullámhosszú az ibolya szín, a leghosszabb a vörösé. Végül így épülnek fel a szivárvány színei.
A szivárvány színei
A nap sugara fehér, összetett fény, mely a létező összes színt tartalmazza, amit szemünk önmagában nem lát. Mikor a napfény egy vízcseppel, vagy prizmával találkozik és behatol, a fény közben többször megtörik, és vízcseppből kijutva szivárványra, vagyis színeire bontódik. 6 színt különböztetünk meg: vörös (piros), narancssárga, sárga, zöld, kék, ibolya. Ezeket nevezzük a nap színképeinek.
A nap színei tovább viszont már nem bonthatóak, vagyis más szóval monokromatikus színek. Ha viszont egyesítjük a fény színeit, újra megkapjuk az eredeti fehér színt.
A szivárvány a kultúrában
A hagyományos kultúrákban rengeteg jelentés kötődik a szivárványokhoz és annak színeihez.
A keresztény kultúrkörben a szivárvány az özönvíz után az emberiségnek, és konkrétan Noénak tett ígéret Isten részéről, hogy többé nem sújtja özönvízzel a Földet (nem véletlen, hogy esők után látható). A sumér mitológiában Istár nyaklánca, ami szintén az özönvízről emlékezik meg.
A tradicionális kultúrákban jellemzően a szivárvány az ég felé vezető út. Ez így van a magyar népmesékben is, de a skandináv kultúrákban egy szivárványhíd, a Bifröszt köti össze a földi világot (Midgard) az égivel (Asgard), ezen az úton viszik a valkűrök a lelkeket a Valhallába.
A modern korban a szivárvány egyre inkább a béke és a sokszínűség szimbóluma lett.